РОТОРНЫЙ ЭКСТРАКТОР Российский патент 1995 года по МПК B01D11/00 

Изобретение относится к агрохимическому и сельскохозяйственному машиностроению, в частности к устройству для обработки волокнистой, например растительной, массы путем разрезания, рубки, раздавливания, обработки экстрагентом и отделения экстракта от клетчатки.

Изобретение может применяться в различных отраслях промышленности: в пищевой в качестве соковыжималки; в лесной в качестве измельчителя и агрегата для приготовления древесно-лиственной или хвойной муки; в химической в качестве пресс-фильтра для нетермической и безвакуумной сушки пастообразных масс и т.п.

Известен роторный экстрактор, предназначенный для интенсификации процесса экстракции в системе жидкость твердое тело [1] Данное техническое решение принято за базовый образец. Базовый образец состоит из коаксиально расположенных прорезных цилиндров ротора и статора, снабженных с обеих сторон прорезей цилиндрическими элементами. Обрабатываемая среда проходит через прорези ротора и статора в радиальном направлении, подвергается ударам, истиранию и пульсации давления диспергируется и экстрагируется.

Недостатки базового образца низкая надежность аппарата из-за забивания зазора и пространства между глухими цилиндрическими элементами и низкие амплитуды пульсаций давления из-за больших зазоров между ротором и статором.

Забивание роторного экстрактора базового образца можно уменьшить, если зубья ротора и статора выполнить коническими, а амплитуды пульсаций давления можно увеличить, если ротор снабдить лопастями.

Известно техническое решение роторного экстрактора, частично устраняющее отмеченные недостатки [2] которое принято за прототип.

Роторный экстрактор-прототип содержит корпус с загрузочным и разгрузочными устройствами, прорезной цилиндрический статор и коаксиально расположенный в нем приводной ротор, имеющий диск с гребневидными лопатками, отверстиями и шнеком. Обрабатываемую среду подают в загрузочное устройство. Вращающийся шнек создает предварительный напор и отбрасывает рабочую среду на гpебневидные лопатки диска и в отверстия ротора. Обработанные компоненты, пройдя через отверстия приводного ротора и прорези статора, отводятся через загрузочные устройства из корпуса.

Недостатки прототипа низкая работоспособность из-за плохой интенсивности процесса экстракции и недостаточная надежность аппарата из-за забивания шнека и полости ротора обрабатываемой волокнистой массой.

Предлагаемый роторный экстрактор, содержащий корпус с загрузочными, переточными и разгрузочными устройствами, расположенный в корпусе приводной ротор, имеющий диск с гребнями, отверстиями и шнек, причем шнек выполнен в виде чередующихся рядов жестко закрепленных и свободно вращающихся дисков с лопатками.

Выполнение шнека в виде чередующихся рядов жестко закрепленных и свободно вращающихся на роторе дисков с лопатками позволяет иметь разницу в окружных скоростях между ними. Окружная скорость свободно вращающихся дисков изменяется от нулевой до величины, соизмеримой со скоростью вращения жестко закрепленных на роторе дисков. При нулевой скорости вращения лопатки свободно вращающихся дисков упираются в стенки полукорпуса и тем самым выполняют роль неподвижных ножей, тормозящих измельчаемую массу и интенсифицирующих ее резку. По мере забивания их измельчаемой массой, они приходят во вращение вместе с лопатками жестко закрепленных дисков. Возникает центробежное поле. За счет действия центробежных сил происходит сбрасывание этой массы с лопаток, т.е. их самоочистка от волокнистой массы.

Сброшенная волокнистая масса попадает под действие постоянно вращающихся лопаток жестко закрепленных дисков, режется ими, разбивается и отбрасывается на следующий ряд лопаток свободно-закрепленных дисков. Далее масса попадает вновь на лопатки жестко закрепленных дисков и в измельченном виде в торцевой зазор между раздавливающими дисками на экстракцию и фильтрацию.

Самоочистка лопаток свободно вращающихся и жестко закрепленных дисков повышает работоспособность ротоpного экстрактора, следовательно, заявляемое техническое решение соответствует критерию "положительный эффект".

Сравнительный анализ заявляемого технического решения с прототипом показывает, что в нем отсутствуют признаки, сходные с прототипом, следовательно, заявляемое техническое решение соответствует критерию "новизна".

Других сходных признаков, при анализе известных технических решений, не обнаружено. Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует критерию "существенные отличия".

На фиг.1 схематически изображен ротоpный экстрактор, продольный разрез; на фиг. 2 разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 разрез Б-Б на фиг.2; на фиг.4 схема работы свободных лопаточных дисков и их расположение в камере дробления. Лопатки вращающихся дисков не показаны; лопатки Г и Д опираются на стенки камеры дробления, свободные диски неподвижны; на фиг.5 то же, лопатка Д скользит в секторе α свободный диск перекатывается относительно точки Д; лопатки Г оторвалась от контакта со стенкой камеры дробления; на фиг.6 то же, лопатки Г и Д и диск в целом совершают вращение вместе с вращающимся диском, но с разными V-линейной и ω -угловой скоростями из-за одновременного вращения и радиального перемещения свободных дисков относительно вращающихся; на фиг. 7 то же, лопатка Р перешла в контакт в секторе α со стенкой камеры дробления и заняла позицию, аналогичную позиции на фиг.4, по точке Д.

Расстояние по дуге Г-Д характеризует отставание скорости перемещения лопаток свободных дисков от вращающихся.

Роторный экстрактор содержит полукорпуса 1 и 2 размещенными в них отбойником 3 и ротором 4, имеющим приводной вал 5. Отбойник 3 и ротор 4 закреплены в полукорпусах 1 и 2 с эксцентриситетом l0,5-5 мм относительно друг друга. Полукорпус 1 снабжен патрубком 6 подвода экстрагента, патрубком 7 отвода фильтрата из камеры 8 и люком 9 для удаления твердого осадка из камеры 10. Полукорпус 2 снабжен бункером 11 для загрузки твердого материала в камеру 12 дробления. Отбойник 3 снабжен кольцевыми конусообразными гребнями 13 и отбортовкой 14 с расположенными на ее боковой поверхности в шахтном порядке прорезями 15. Отбойник 3 закреплен с помощью подшипника 16 в полукорпусе 1 и снабжен уплотнением 17. Ротор 4 снабжен кольцевыми конусообразными гребнями 18 с отверстиями 19 и шнеком 20, выполненным в виде чередующихся рядов жестко закрепленных, например на резьбе, дисков 21 и 22 и лопатками 23 и 24 и свободно вращающихся дисков 25 с лопатками 26. Ротор 4 закреплен на пустотелой оси 27 с помощью подшипников 28. Через пустотелую ось 27 проходит приводной вал 5 ротора 4. В цапфе отбойника 3 выполнено отверстие 29. Кольцевые конусообразные гребни 13 отбойника 3 расположены во впадинах, образованных кольцевыми конусообразными гребнями 18 ротора 4 с образованием упомянутого торцевого зигзагообразного зазора 30 переменной величины (из-за эксцентриситета отбойника 3 относительно ротора 4). Отверстие 29 соединяет патрубок 6 с зигзагообразным зазором 30, отверстиями 19, прорезями 15 и фильтровальной разделительной камерой 31.

При вращении ротора 4 отбойник 3 не вращается. При попадании вязкой массы, например измельченной растительной массы в зигзагообразный зазор 30, между ротором 4 и отбойником 3 возникает сила трения, которая приводит отбойник 3 во вращение. При этом масса в зазоре 30 подвергается периодическим обжатиям кольцевыми конусообразными гребнями 13, 18, действию центробежной силы и за счет меньшего сопротивления (из-за расширения площади проходного сечения) продвигается к периферии и экструдируется в фильтровальную камеру 31. Для обеспечения удаления и задержания массы в фильтровальной камере 31, внутренняя поверхность отбортовки 14 снабжена впадиной, например, конической формы (фиг.1).

Свободно вращающиеся диски 25 навешаны на ступицы жестко закрепленных дисков 21,22 с эксцентриситетом l 2-5 мм. Они имеют лопатки 26 с углом атаки, противоположным углу атаки лопаток 23, 24 для эффективной резки и отбиванию измельчаемой рабочей среды к ротору 4 и в отверстия 19.

Ротор 4 имеет козырек 32 для облегчения входа измельченной массы в отверстия 19.

Роторный экстрактор может работать в сухом и мокром режимах, а также в режимах фильтрации, осушки, смешения, диспергирования.

Сырье, подлежащее обработке, например, береста, хвоя, подается в бункер 11 и из него в камеру дробления 12. Дробление осуществляется за счет режущего и ударного разрушения сырья лопатками 23, 24 и его резки при торможении и ударах о лопатки 26. Одновременно лопатки 23,24, 26 транспортируют измельченную хвою или бересту к отбойнику 3. Поток измельченного сырья (вместе с воздухом при сухом помоле или вместе с жидкостью, подаваемой в бункер 11 при мокром помоле) проходит через отверстия 19 в зигзагообразный торцевой зазор 30. Одновременно в зазор 30 через патрубок 6 и отверстие 29 подается экстрагент, например гексан. Экстрагент смешивается в зазоре 30 с растительной клетчаткой и экстрагирует из нее полезные вещества. В зазоре 30 происходит истирание масс, ее обжатие вплоть до раздавливания и разрушения клеток, продвижение массы с периферии, экструдирование ее в фильтровальную камеру 31 и заполнение массой отбортовки 14. На отбортовке 14 в ее коническом углублении происходит фильтрация (осушка) массы за счет дренирования жидкости через прорези 15 в камеру 8. Колебание массы на отбортовке 14 за счет упругой деформации отбортовки под действием сил трения массы, центробежных и неуравновешенных сил и дальнейшее экструзионное выдавливание осушенной массы с отбортовки 14 в камеру 10 и замена ее новой массой, поступающей из зазора 30. Продукты и полупродукты экстракции (каротин, хлорофиллин натрия, хвойный воск, хвойное масло, провитаминный концентрат и др.) удаляются через патрубок 7, а твердые продукты через люк 9 на дальнейшую обработку.

Процессы смешения и диспергирования происходят в камере дробления 12 при вращении лопаток 23 и 24 и дисков 25 с лопатками 26 и транспортировании ими обрабатываемой массы. При этом лопатки 26 получают импульс движения за счет ударов по ним обрабатываемой массы и ее разрушения при этих ударах. Волокнистая масса, скопившаяся на лопатках 26, и возникающие при этом неуравновешенные центробежные силы и силы трения ведут к торможению лопаток 26 о стенки камеры дробления 12 вплоть до их остановки. На лопатках 26 скапливается все большее количество волокнистой массы, что вызывает повышенное воздействие на них импульсов сил от жестко закрепленных, вращающихся вместе с ротором 4 лопаток 23,24. Диски 25 вместе с лопатками 26 проворачиваются относительно своих неподвижных, контактирующих со стенками камеры дробления 12 лопаток и под воздействием ударных импульсов разрушают образовавшиеся на них накопления волокнистой массы и/или сбрасывают ее на периферию за счет действия центробежных сил в зону эффективного разрушающего действия лопаток 23 и 24, которые измельчают эту массу и транспортируют ее в зазор 30. Это исключает забивание камеры дробления 12 и шнека 20 обрабатываемым сырьем, что в целом повышает работоспособность роторного экстрактора.

Технико-экономическая эффективность изобретения заключается в возможности выполнения в одном аппарате операций диспергирования, смешения, экстрагирования, разделения методом фильтрации и осушки обрабатываемой массы сырья сухим или мокрым способом при высокой работоспособности аппарата. Затупившиеся лопатки можно не затачивать, т.к. разрушение происходит в основном не резкой, а ударом и раздавливанием. Изношенные рабочие органы можно заменять, т. к. диски 21,22 и 25 съемные. Попадание недробимых инородных тел (камней) не опасно, т.к. лопатки 26, выполняющие роль ножей, заклинит и они придут во вращение вместе с инородным телом, т.е. не сломаются.

Использование: в пищевой, лесной, химической промышленности. Сущность: роторный экстрактор содержит корпус с загрузочными, переточными и разгрузочными устройствами, расположенный в корпусе приводной ротор, имеющий диск с гребнями, отверстиями и шнек. Новым является то, что шнек выполнен в виде чередующихся рядов жестко закрепленных и свободно вращающихся дисков с лопатками. 7 ил.

РОТОРНЫЙ ЭКСТРАКТОР, содержащий корпус с загрузочными переточными и разгрузочными устройствами, расположенный в корпусе приводной ротор, имеющий диск с гребнями, отверстиями и шнек, отличающийся тем, что шнек выполнен в виде чередующихся рядов жестко закрепленных и свободно вращающихся дисков с лопатками.